Procesos de Conformado de Lámina
PROCESOS DE
MANUFACTURA 1
Ing. José Carlos López Arenales
Conformado de Lámina
Producción en masa debido a su bajo costo
Producción de lámina en rollo de tira ancha.
Posición preponderante en procesos de
manufactura.
Conformado de Lámina
Troquelado
Doblado
Conformado por estirado
Embutido profundo
Embutido combinado
Aceros
Es muy usado tanto en laminado en frío
como en caliente para la fabricación de un
sinfín de productos:
Industria automotriz
Cilindro de gas baja presión
Etc.
Aceros
Acero de bajo carbono
– Acero efervescente
– Acero calmado
– Acero libre de impurezas intersticiales
Aceros de bajo carbono
Acero efervescente:
– Alta ductilidad.
– Presencia de Carbono y Nitrógeno – elongación en punto de fluencia.
– Costo relativamente bajo.
– Favorito para aplicaciones de embutido.
– La superficie con muy bajo carbono favorece el esmaltado.
– El nivelado con rodillos es necesario para desaparecer bandas de Lüders – se reduce la ductilidad.
Aceros de bajo carbono
Acero Calmado:
– Especial para el estirado
– Propiedades uniformes
– Embutidos severos.
– El nitrógeno se combina con aluminio formando otro compuesto
– Condiciones aceptable para almacenarse
– Laámina recocida muestra elongación en el punto de cedencia.
– El laminado de temple elimina permanentemente el punto de cedencia.
Aceros de bajo carbono
Acero libre de impurezas intersticiales:
– El contenido de carbono se reduce a niveles muy
bajos.
– El nitrógeno se limita a alearse con pequeñas
cantidad de Nb o Ti
– No hay elongación en el punto de cedencia.
– El esfuerzo de deformación es bajo.
– El endurecimiento por esfuerzo es alto.
Aceros
Aceros de alta resistencia
– Lámina conformada en frío.
– Lámina parcialmente recocida.
– Lámina recocida.
– Acero endurecido por solución.
– Aceros endurecibles por horneado.
– Aceros de fase doble.
– Acerps de añta resistencia y baja aleación.
Aceros de alta resistencia
Lámina conformada en frío:
– El endurecimiento por deformación es el menos
costoso.
– La ductilidad remanente es muy baja
– Aplican deformaciones pequeñas
Aceros de alta resistencia
Lámina parcialmente recocida:
– Mayor ductilidad
– Resistencia razonable.
– Extenso laminado en frío
– Recocido de recuperación
Aceros de alta resistencia
Lámina recocida:
– Se refinamiento del grano.
– Resistencia se incrementa.
– Extenso laminado en frío.
– Recristalización al final.
– Aplicable a todos los materiales.
–
Aceros de alta resistencia
Acero endurecido por solución:
– Se endurecen por solución sólida.
– Mn, P o Si.
– Se endurecen más rápidamente por deformación.
Aceros de alta resistencia
Aceros endurecibles por horneado:
– Laminado de temple.
– Envejecimiento rápido durante el horneado
– Incrementan la resistencia de 30 a 40 Mpa.
– La ganancia de resistencia por envejecimiento
por deformación se pueden incrementar si se
aumenta el contenido de Ni.
Aceros de alta resistencia
Aceros de fase doble:
– Mayores contenidos de carbono.
– Tratamiento térmico de temple y revenido.
– Fabricación de aceros para resorte.
– Se reduce la ductilidad del acero para embutido profundo.•Baja resistencia a la cedencia.
•La resistencia se incrementa por el endurecimiento
rápido por deformación durante el trabajo.
Aceros de alta resistencia
Aceros de alta resistencia y baja aleación:
– Son cada vez más utilizados en vehículos y
estructuras.
– Recuperación elástica grande.
Aceros
Aceros recubiertos:
– Hojalata
– Lámina galvanizada
– Placa galvanizada con plomo y estaño
– Lámina recubierta de aluminio.
– Lámina prepintada
Aceros recubiertos
Hojalata:
– Lámina de acero recubierta de estaño
– Resistente a la corrosión
– No es tóxica
– Adecuada para recipiente para alimentos
Aceros recubiertos
Lámina galvanizada:– Acero con recubrimiento de zinc
– El acero es protegido de la corrosión
– Pasado: techos, ductería, etc., aplicaciones de baja tecnología.
– Presente: carrocerías de autos, electrodomésticos, etc.
– Se hacen mejoras en procesos y con otros materiales.
Aceros recubiertos
Placa galvanizada con plomo y estaño:
– El plomo ofrece resistencia a la corrosión de algunos medios donde el zinc no la ofrece.
– Por su toxicidad se limita a aplicaciones no relacionadas con alimentos.
– Cada vez más se restringe su aplicación.
Aceros recubiertos
Lámina recubierta de aluminio:
– La aleación hierro – aluminio formada a
temperaturas elevadas, protege de la corrosión
de gases calientes.
– Adecuada para intercambiadores de calor.
– Sistemas de escapes de autos.
– Partes de parrilla
Aceros recubiertos
Lámina prepintada:
– Películas poliméricas
– Forman un acabado agradable
– Al conformarse con cuidado los acabados
permanecen.
– Mejor calidad que los acabados posteriores.
Aceros
Aceros inoxidables:
– Alta capacidad de endurecimiento por
deformación.
– Formabilidad excelente.
– Resistencia a la corrosión.
– Equipo para manejo de alimentos.
Materiales No ferrosos
Cobre
Latones
Aleaciones de aluminio
CIZALLADO
Cizallado:
– Corte de una lámina a lo largo de un línea recta.
Cizallado:
– Corte de una tira larga estrecha mediante
cuchillas rotatorias.
Proceso
Fractura controlada en una lámina, mediante
la aplicación de la fuerza de dos cuchillas
afiladas.
La calidad de la superficie del corte depende
de la distancia a la que se encuentre las dos
cuchillas.
CIZALLADO
La calidad de corte depende mucho de la
separación entre los filos de corte.
– Tolerancia pequeña: las grietas que se originan
desde los bordes de la herramienta, se observa
un desgarramiento. Se produce una orilla
dentada al centro del espesor de la lámina.
– Tolerancia excesiva: permite deformación plástica
extensa, se atrasa la separación y se produce
una rebaba.
Proceso de cizallado
Proceso de cizallado
VENTAJAS:
El material no se mecaniza por arranque de virutas -
los trazados se pueden mantener exactamente
Las superficies separadas requieren solamente poco
trabajo de afinamiento
El proceso de cizallamiento se desarrolla
rápidamente
La realización del corte se puede hacer de forma
lineal o curva.
Cizallado - Fuerza de corte
Ps = C1(TS) hl = C1K (n/e)n hl
Ps : Fuerza de corte
h : espesor de la lámina
l : longitud del corte
C1 : vale 0.85 para materiales dúctiles y 0.65 para materiales menos dúctiles (0.75 promedio)
K : Coeficiente de trabajo en frío (Ver tablas 8.2 y 8.3)
n : endurecimiento por deformación
TS : Resistencia última a la tensión
Cizallado - Energía de corte
Es = C2Psh
Es : Energía de corte
Ps : Fuerza de corte
h: es el espesor de la lámina
C2 : Para materiales suaves = 0.5, y para
materiales duros = 0.35
Proceso de punzonado
Troquelado por punzonado
Troquelado
Procesos de punzonado
Punzonado de precisión o fino.
Cizallar con una separación negativa
Contrapunzonado
Terminación por rasurado
Corte a alta velocidad (30 m/s)
Procesos de punzonado
Prensas punzonadoras (agujeros y forma
estándar)
Matrices compuestas (geometrías complejas).
Troqueles progresivos ( punzonado y estampado
en secuencia) – producción alta.
Perforado mediante rodillos (más alta
producción).
Punzonado con matriz compresible.
Procesos de punzonado
Matriz de regla de acero.
Celdas de perforado – una o dos prensas
trabajando en coordinación.
Proceso básico de corte: alambres, barras,
secciones y tubos.
Centros de corte: rayos laser, plasma, arco
eléctrico, oxiacetileno, chorro de agua, etc.
Estirado
Se sujeta la lámina y por contribución del
espesor se le da una nueva forma.
Mordazas fijas o giratorias.
Sujetadores de do formas.
Acuñado.
Estirado
Embutido profundo
Se permite y fomenta que el material se
introduzca en la matriz, a fin de mantener el
grosor original.
Embutido profundo
Métodos:
– Embutido libre:
Lámina suficientemente rígida evita el arrugado, depende del perfil de la matriz.
– Embutido con pisador:
Se usa cuando la lámina es relativamente delgada, restringe el desplazamiento de la brida para evitar el arrugamiento.
Conclusión:Estirado vrs. Embutido profundo
Estirado:
– La pieza se sujeta y luego se deforma sufriendo
un estiramiento que afecta directamente el
espesor de la lámina.
Embutido profundo:
– El embutido ocurre lo mismo pero la pieza no
está sujeta, teniendo libertad de introducirse con
la matriz, por lo que la lámina conserva su
espesor nominal.
Embutido
Embutido combinado
Doblado
Proceso de doblado
Criterios para definir la razón mínima radio espesor
Rb/h
Cáscara de naranja: con materiales de grano fino se
evita.
Estricción localizada: debilitamiento del doblado.
Fractura: Límite absoluto.
Exfoliación y agrietamiento: ocurre con ángulos
agudos ( la asintropía afecta).
Métodos de doblado
Prensas mecánicas: longitudes largas, altas
tasas de producción, emplean matrices.
Prensas de cortina: utilizan camas muy
largas, gran variedad de piezas, número
limitado de herramientas.
Peinado: para doblar a lo largo de una línea
recta
Métodos de doblado
Roladoras de tres rodillos: curvatura uniforme, ajustable, rodillos en forma piramidal, anillos grandes y estructuras de placas soldadas.
Conformado con rodillos: Altamente productivo, el doblado se hace progresivo, formas complejas, lámina corrugada.
Doblado de perfiles y tubos: se utiliza un bloque de conformado, evita distorsión y pandeo.
Prensado
Prensado o conformado en prensa libre.
Matrices de operación única:– Complejidad mínima
– Cantidades de producción insuficientes.
– Costo de mano de obra y manejo alto
– Las prensas se alinean para obtener más productividad.
– Se reduce el inventario de materiales en proceso
Prensado
Matrices compuestas:
– Dos o más operaciones realizadas en una misma
matriz.
– Asegura más exactitud
– Procesos relativamente sencillos (estampado,
punzonado, combinados con doblado o
embutido).
Prensado
Matrices múltiples:
– La geometría de las piezas no permite la
conformación directa.
– Los elementos de la matriz se montan en un
juego.
– El material se alimenta de un rollo.
Prensado
Métodos de matrices múltiples:
– Troqueles progresivas
El blanco se corta parcialmente formando un
esqueleto que se usa para mover las piezas a
través de las estaciones de conformado. La
separación se hace al final del proceso.
Prensado
– Dados de transferencia
El blanco se desplaza a través de etapas sucesivas de la matriz con mecanismos de transferencia y posicionamiento.
Altas producciones
Costo de las matrices es elevado
Fuerza total de las prensas 80 MN
Carros para transferencia separados
Prensado
Máquinas de cuatro o más carros:
– Operaciones complejas de doblado de alambre
originalmente.
– Conformado de lámina
– Gran variedad de formas.
– Altas producciones.
Estampado